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Imágenes MALDI

Riñón de ratón: (a) Espectros MALDI del tejido. (b) Tejido teñido con H&E. Los N-glicanos con m/z = 1996,7 (c) se localizan en la corteza y la médula, mientras que los de m/z = ...

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Riñón de ratón: (a) Espectros MALDI del tejido. (b) Tejido teñido con H&E. Los N-glicanos con m/z = 1996,7 (c) se localizan en la corteza y la médula, mientras que los de m/z = 2158,7 (d) se encuentran en la corteza. (e) Imagen superpuesta de estas dos masas. (f) Tejido de control no tratado. [ 1 ]

La espectrometría de masas por imagen MALDI (MALDI-MSI) utiliza la ionización por desorción láser asistida por matriz como técnica de espectrometría de masas por imagen [ 2 ] , en la que la muestra, a menudo una sección delgada de tejido , se mueve en dos dimensiones mientras se registra el espectro de masas [ 3 ] . Sus ventajas, como la medición de la distribución de una gran cantidad de analitos a la vez sin destruir la muestra, la convierten en un método útil en estudios basados ​​en tejidos [ 4 ] .

Preparación de la muestra

Objetivo para la obtención de imágenes MALDI con dos portaobjetos de microscopio de superficie conductora.

La preparación de la muestra es un paso fundamental en la espectroscopia de imagen. Los científicos toman finas secciones de tejido montadas en portaobjetos conductores y aplican una matriz MALDI adecuada al tejido, ya sea de forma manual o automática. A continuación, el portaobjetos se introduce en un espectrómetro de masas MALDI . El espectrómetro de masas registra la distribución espacial de especies moleculares como péptidos, proteínas o moléculas pequeñas. Se puede utilizar un software de procesamiento de imágenes adecuado para importar los datos del espectrómetro de masas y permitir su visualización y comparación con la imagen óptica de la muestra. Trabajos recientes también han demostrado la capacidad de crear imágenes moleculares tridimensionales utilizando la tecnología de imagen MALDI y la comparación de estos volúmenes de imagen con otras modalidades de imagen, como la resonancia magnética ( RM ). [ 5 ] [ 6 ]

Preparación de tejidos

Las muestras de tejido deben conservarse rápidamente para reducir la degradación molecular. El primer paso es congelar la muestra envolviéndola y sumergiéndola en una solución criogénica. [ 7 ] Una vez congeladas, las muestras pueden almacenarse por debajo de -80  °C hasta por un año. [ 7 ] Cuando están listas para ser analizadas, el tejido se incrusta en un medio de gelatina que sostiene el tejido mientras se corta, a la vez que reduce la contaminación que se observa en las técnicas de compuesto de temperatura de corte óptima (OCT). [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] El grosor de la sección de tejido montada varía según el tejido.

Las secciones de tejido se pueden descongelar y montar colocando la muestra sobre la superficie de un portaobjetos conductor a la misma temperatura y calentándola lentamente desde abajo. [ 7 ] La sección también se puede adherir a la superficie de un portaobjetos caliente bajando lentamente el portaobjetos sobre la muestra fría hasta que esta se adhiera a la superficie. [ 7 ]

La muestra se puede teñir para identificar fácilmente las áreas de interés y se puede pretratar con lavados para eliminar las especies que suprimen las moléculas de interés. [ 7 ] [ 10 ] El lavado con diferentes concentraciones de etanol elimina los lípidos en los tejidos con alta concentración lipídica y poca deslocalización, y mantiene la integridad de la disposición espacial de los péptidos dentro de la muestra. [ 7 ] [ 10 ] [ 11 ]

(a) Tejido pulmonar de rata, (be) distribución de cuatro fosfatidilcolinas diferentes presentes en (a) [ 12 ]

Aplicación de matrices

La matriz debe absorber a la longitud de onda del láser e ionizar el analito . La selección de la matriz y el sistema de disolventes dependen en gran medida de la clase de analito que se desea analizar. El analito debe ser soluble en el disolvente para poder mezclar y recristalizar la matriz. La matriz debe tener un recubrimiento homogéneo para aumentar la sensibilidad, la intensidad y la reproducibilidad entre disparos. Se utiliza una cantidad mínima de disolvente al aplicar la matriz para evitar la deslocalización. [ 13 ]

Una técnica consiste en la pulverización. La matriz se pulveriza, en forma de gotitas muy pequeñas, sobre la superficie de la muestra, se deja secar y se vuelve a aplicar hasta que haya suficiente matriz para analizar la muestra. [ 7 ] El tamaño de los cristales depende del sistema de disolventes utilizado.

La sublimación también puede utilizarse para crear recubrimientos de matriz uniformes con cristales muy pequeños. [ 7 ] [ 14 ] La matriz se coloca en una cámara de sublimación con la muestra de tejido montada e invertida sobre ella. [ 7 ] Se aplica calor a la matriz, lo que provoca su sublimación y condensación sobre la superficie de la muestra. [ 7 ] El control del tiempo de calentamiento permite controlar el espesor de la matriz sobre la muestra y el tamaño de los cristales formados. [ 7 ] [ 14 ]

También se utilizan sistemas de aplicación automatizada mediante la distribución regular de gotas a lo largo de la muestra de tejido. [ 7 ] La resolución de la imagen depende del espaciado de las gotas. [ 7 ]

Producción de imágenes

Las imágenes se construyen graficando la intensidad de iones frente a la posición relativa de los datos de la muestra. [ 7 ] [ 15 ] La resolución espacial influye mucho en la información molecular obtenida del análisis.

Aplicaciones

MALDI-MSI implica la visualización de la distribución espacial de proteínas, péptidos, lípidos y otras moléculas pequeñas dentro de cortes delgados de tejido, como animales o plantas. [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] La aplicación de esta técnica a estudios biológicos ha aumentado significativamente desde su introducción. MALDI-MSI está aportando contribuciones importantes a la comprensión de enfermedades, la mejora de diagnósticos y la administración de fármacos . Los estudios significativos se centran en el ojo, la investigación del cáncer, [ 20 ] la distribución de fármacos, [ 21 ] [ 22 ] y la neurociencia. [ 9 ] [ 23 ]

MALDI-MSI ha sido capaz de diferenciar entre fármacos y metabolitos [ 19 ] y proporcionar información histológica en la investigación del cáncer, lo que la convierte en una herramienta prometedora para encontrar nuevos biomarcadores proteicos . [ 24 ] [ 20 ] [ 25 ] Sin embargo, esto puede ser un desafío debido a la supresión de iones , [ 26 ] la ionización deficiente y los efectos de fragmentación de la matriz de bajo peso molecular. Para contrarrestar esto, se utiliza la derivatización química para mejorar la detección. [ 27 ] [ 28 ]

Mediante la derivatización química, la MALDI-MSI es particularmente eficaz en el campo de la investigación de enfermedades neurodegenerativas . Esta técnica permite un mapeo exhaustivo de una amplia gama de metabolitos, como neurotransmisores y ácidos grasos. [ 29 ] Estos metabolitos son cruciales para el funcionamiento normal del cerebro y suelen estar implicados en diversas enfermedades cerebrales. Esta capacidad es invaluable para explorar la progresión y la patogénesis de enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer. Al identificar cambios en las vías metabólicas de forma temprana, la MALDI-MSI puede contribuir al desarrollo de mejores marcadores diagnósticos y dianas terapéuticas, lo que facilita una detección más precoz y tratamientos más personalizados. [ 30 ]

Véase también

Referencias

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  2. ↑ McDonnell LA, Heeren RM (2007). "Espectrometría de masas por imágenes". Mass Spectrometry Reviews . 26 (4): 606– 643. Bibcode : 2007MSRv...26..606M . doi : 10.1002/mas.20124 . hdl : 1874/26394 . PMID 17471576 . 
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Lecturas adicionales

  • Francese S, Dani FR, Traldi P, Mastrobuoni G, Pieraccini G, Moneti G (febrero de 2009). "Espectrometría de masas MALDI por imagen, desde sus orígenes hasta la actualidad: estado del arte". Combinatorial Chemistry & High Throughput Screening . 12 (2): 156– 174. doi : 10.2174/138620709787315454 . PMID 19199884 . 
  • Caprioli RM, Farmer TB, Gile J (diciembre de 1997). "Imágenes moleculares de muestras biológicas: localización de péptidos y proteínas mediante MALDI-TOF MS". Analytical Chemistry . 69 (23): 4751– 4760. doi : 10.1021/ac970888i . PMID 9406525 . 
  • Grupo de interés en imágenes de espectrometría de masas MALDI
  • Grupo de interés en imágenes de EM
  • Instalación central nacional de la DFG (Fundación Alemana de Investigación) para imágenes MALDI MS
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